城鎮(zhèn)污水處理廠節(jié)能減排設(shè)計(jì)方案研究

林加向

水資源是21世紀(jì)三大戰(zhàn)略資源之一。隨著社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展和消耗不斷加大，水資源將變得十分匱乏。城市的發(fā)展和城鎮(zhèn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，污水處理量急劇增加，如何提高污水處理廠的能力和處理效率，提升出廠水質(zhì)和降低污水處理能耗成了亟待研究的課題。但目前我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠的技術(shù)還十分匱乏，其污水處理能力、建設(shè)規(guī)模、處理設(shè)備及工藝都較為落后，因此，優(yōu)化污水處理的工藝流程，提高運(yùn)行管理效率，達(dá)到環(huán)保節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案十分必要[1]。

導(dǎo)流曝氣生物過(guò)濾法污水處理是一種先進(jìn)的污水處理技術(shù)，通過(guò)借鑒下向流曝氣生物濾池法、上向流曝氣生物濾池法、接觸氧化法、生物膜法、人工快濾法、沉降分離法、無(wú)泵污泥回流法、給水快濾法等手段，再結(jié)合二級(jí)或三級(jí)污水處理工藝特點(diǎn)而研制出來(lái)的新型工藝方法。此工藝可實(shí)現(xiàn)污水處理循環(huán)利用，不受排向影響，可實(shí)現(xiàn)投資少，占地面積小和運(yùn)行費(fèi)用較低等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前較為理想的污水處理新工藝。本文著重從污水處理廠的設(shè)計(jì)方案出發(fā)，探索曝氣生物過(guò)濾法污水處理設(shè)計(jì)方案的成效和優(yōu)點(diǎn)，力圖促進(jìn)今后的污水處理節(jié)能減排工作。

1.常見(jiàn)污水處理工藝

污水處理工藝是通過(guò)多種不同類(lèi)型的污水處理加工工藝組合而成，然后通過(guò)不斷的解析和對(duì)比，分析不同處理方案下的污水處理水質(zhì)和水量和能效等多種因素來(lái)選出適用的解決步驟。處理工藝一般分為污水處理、深度處理、污泥處理、臭氣處理[2]。其中污水處理階段有格柵、進(jìn)水泵房、沉砂池、初沉池、初沉污泥泵房、生物反應(yīng)池、二沉池、回流污泥泵房、剩余污泥泵房、供氣系統(tǒng)、化學(xué)除磷、消毒；深度處理階段主要是濾池、化學(xué)系統(tǒng)；污泥處理階段主要是濃縮池、脫水機(jī)房、污泥料倉(cāng)、污泥干化、外運(yùn)。臭氣處理一般為收集與輸送、除臭等。這種傳統(tǒng)的污水處理工藝程序復(fù)雜，每一個(gè)污水處理步驟都需嚴(yán)格控制，才能保障最終的水質(zhì)能夠滿足相應(yīng)規(guī)范要求，如果消耗了太多的資源和能量，則不利于污水處理廠的長(zhǎng)期運(yùn)行和發(fā)展。

2.污水處理廠水量與水質(zhì)要求

綜合該地方的人口和工廠數(shù)量，結(jié)合人均用水量和萬(wàn)元GDP等指標(biāo)，確定該污水處理廠的水量為7500m3/d。按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)，目前的污水處理工藝可以達(dá)到相應(yīng)的水質(zhì)要求，但隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，常規(guī)的污水處理工藝技術(shù)將不能滿足要求。為了節(jié)約資源，避免被動(dòng)型的進(jìn)行整改，可采用“導(dǎo)流曝氣生物過(guò)濾法污水處理工藝技術(shù)”對(duì)該污水處理廠進(jìn)行處理，處理效果將高于現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)將達(dá)到如表1中的要求。

3.導(dǎo)流曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

導(dǎo)流曝氣生物過(guò)濾法是一種高負(fù)荷、淹沒(méi)式、固定化生物床的三相導(dǎo)流手段，本文案例污水處理廠中采用4座導(dǎo)流曝氣設(shè)備進(jìn)行處理，每座導(dǎo)流曝氣系統(tǒng)的處理量可達(dá)320m3/h。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為6個(gè)設(shè)計(jì)步驟：

（1）內(nèi)錐即下向流接觸氧化區(qū)設(shè)計(jì)。即在內(nèi)錐即下向流對(duì)流接觸氧化區(qū)內(nèi)裝有粒徑較小的濾料，濾料下設(shè)有水管和空氣管。設(shè)計(jì)參數(shù)：Q=7500m3/d，設(shè)計(jì)生化需氧量為144mg/L，設(shè)計(jì)該部分的去除率為65%，得到出水時(shí)的生化需氧量為50.4mg/L，設(shè)計(jì)填料的高度為2m，內(nèi)錐區(qū)面積A1=175.5m3。

（2）外錐即上向流曝氣生物過(guò)濾區(qū)設(shè)計(jì)。主要作用為在外錐即上向流對(duì)流接觸氧化區(qū)內(nèi)也裝有粒徑較小的濾料，濾料下也設(shè)有空氣管和水管，經(jīng)導(dǎo)流沉降無(wú)泵污泥回流區(qū)沉淀分離后的相對(duì)清水，在導(dǎo)流板的作用下進(jìn)入外錐。設(shè)計(jì)參數(shù)：Q=7500m3/d，設(shè)計(jì)生化需氧量為上一級(jí)的剩余量50.4mg/L，設(shè)計(jì)該部分的去除率為85%，則剩余的生化需氧量為7.56mg/L，設(shè)計(jì)填料的高度為2m，外錐區(qū)面積A2=160.6m3。

（3）導(dǎo)流沉降無(wú)泵污泥回流區(qū)設(shè)計(jì)。該結(jié)構(gòu)可使污水在重力作用下讓污泥分離，并通過(guò)導(dǎo)流板作用導(dǎo)入外錐即上向流曝氣生物過(guò)濾區(qū)繼續(xù)處理。豎向沉淀區(qū)的表面設(shè)計(jì)負(fù)荷為4m3/m2×h，斜向沉淀區(qū)的表面設(shè)計(jì)負(fù)荷為8m3/m2×h，得到=78.125m2，’=39.0625m2，得到總的設(shè)計(jì)面積為117.1875m2，計(jì)算得到豎向沉淀區(qū)沉降分離停留時(shí)間為19.2min，斜向沉淀區(qū)沉降分離停留時(shí)間為38.4min，總時(shí)間為57.6min。導(dǎo)流沉降無(wú)泵污泥回流區(qū)與上部的內(nèi)錐下向流對(duì)流接觸氧化區(qū)和外錐上向流曝氣生物過(guò)濾區(qū)系上下層結(jié)構(gòu)，在構(gòu)造上設(shè)計(jì)尺寸調(diào)整為與上部面積等同。

表1 出水水質(zhì)參數(shù)要求表

（4）污水處理廠池體設(shè)計(jì)。整個(gè)池體面積等于內(nèi)錐區(qū)面積＋外錐區(qū)面積，共計(jì)336.1 m3，設(shè)計(jì)時(shí)可選用350 m3，共設(shè)4座。濾池頂部水深0.5m，濾料2m，緩沖層0.5m，導(dǎo)流沉降無(wú)泵污泥外排回流區(qū)（二區(qū)），高3m，超高0.3m，池總高6.3m；單座設(shè)計(jì)尺寸為20m×17m×6.3m=2142m3，采用鋼筋混凝土半地上的結(jié)構(gòu)形式。

（5）生物過(guò)濾池需氧量設(shè)計(jì)。總的需氧量=內(nèi)錐需氧量O21+外錐需氧量O22，通過(guò)需氧量計(jì)算公式分別計(jì)算得到內(nèi)錐需氧量為28.69m3/min，外錐需氧量為59.28m3/min，最終得到總的實(shí)際需氧量為87.98m3/min。設(shè)計(jì)曝氣頭單位服務(wù)面積為0.75m2/個(gè)，則共需曝氣頭1815個(gè)，氣水比設(shè)為4.2 ∶1，可滿足工藝所需要求。

（6）設(shè)備與壓力設(shè)計(jì)。選取鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，曝氣頭安在濾池填料下0.5m處，二用一備，型號(hào)TSR200，風(fēng)量Q=50.92 m3/min，風(fēng)壓50Kpa，電機(jī)功率55kw。工程實(shí)際結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案能達(dá)到預(yù)定的水量和出廠水質(zhì)要求。

4.設(shè)計(jì)方案優(yōu)點(diǎn)分析

通過(guò)與常規(guī)的污水處理技術(shù)方案（活性污泥法處理工藝）對(duì)比，導(dǎo)流曝氣生物過(guò)濾法污水處理工藝技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)[3]：

（1）技術(shù)前瞻性和創(chuàng)新性較好。采用雙錐結(jié)構(gòu)，巧妙地將污水處理進(jìn)行分區(qū)，實(shí)現(xiàn)了三級(jí)、三區(qū)導(dǎo)流和無(wú)污泥排放和回流的全過(guò)程，能夠高效率地對(duì)污水進(jìn)行處理，并使得水質(zhì)優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）工程占地小，建設(shè)費(fèi)用低。整個(gè)曝氣濾池將降解與過(guò)濾過(guò)程結(jié)為一體，減少了近40%的建筑面積，同時(shí)省去了初次沉淀池、二次沉淀池以及污泥回流等設(shè)備，能夠減少工程造價(jià)。

（3）污水處理廠排出水質(zhì)好。能適應(yīng)不同負(fù)荷條件下的污水處理，并且具有極高的效果穩(wěn)定性和可操作性。

5.結(jié)論

通過(guò)對(duì)比研究可以發(fā)現(xiàn)，采用導(dǎo)流曝氣生物過(guò)濾法的處理設(shè)計(jì)方案比傳統(tǒng)的處理方法更具優(yōu)勢(shì)，處理后的各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，能進(jìn)行中水回收利用，不受排向的影響，無(wú)須再次進(jìn)行升級(jí)改造。同時(shí)，采用該節(jié)能減排設(shè)計(jì)方案具有工程造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)方便和自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可在以后的城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)中加以推廣。